Как морские ежи получают кальций для строительства твёрдых структур?

Морские ежи нуждаются в большом количестве ионов кальция из морской воды для построения своих игл. Профессоры Лиа Аддади и Стив Вайнер из Института Вейцмана задались вопросом, как они это делают. Ответ удивил учёных и может изменить представления о процессе биоминерализации.

Ранее Аддади и Вайнер обнаружили, что иглы морских ежей строятся из крошечных пакетов «неорганизованного» материала, который кристаллизуется на месте. Следующим шагом был вопрос: как они получают ионы кальция для создания этого материала? «Свободный кальций не столь обилен в морской воде, поэтому им нужен эффективный способ извлечения и концентрирования ионов», — отмечает Вайнер.

Для ответа на вопрос исследователям, включая Нетту Видавски, потребовались методы наблюдения за живыми клетками в их естественном состоянии, с водой. Они использовали новейшие технологии, позволившие наблюдать тонкие срезы клеток эмбрионов морского ежа и реконструировать их трёхмерные изображения, а также отследить поглощение меченых ионов кальция. «Ещё несколько лет назад мы не смогли бы провести это исследование», — говорит Аддади.

Изображения показали, что клетки личинок морских ежей фактически «пьют» морскую воду, захватывая капли и манипулируя ионами внутри клетки. Это контрастирует с теорией, что клетки поглощают ионы по одному через специальные каналы в наружных мембранах. Наблюдаемые клетки были заполнены сетями пузырьков — вакуолей, которые собирают ионы кальция, создавая концентрированные пакеты для строительства игл.

Этот метод может быть более энергоэффективным, чем поглощение через каналы (что клетки тоже делают), но создаёт другую проблему: клетки должны уметь извлекать кальций и выводить другие ионы морской воды, особенно натрий и хлорид. «Исследователям предстоит ещё много лет работы, чтобы понять, как эти клетки манипулируют ионами в поглощаемой морской воде», — говорит Вайнер.

Аддади и Вайнер отмечают, что подобный тип поглощения кальция наблюдался и раньше. Профессор Джонатан Эрез из Еврейского университета в Иерусалиме описал это явление у одноклеточных микроорганизмов с твёрдой оболочкой — фораминифер — десять лет назад. Тогда это считалось «любопытным феноменом», но обнаружение того же процесса у столь разных существ предполагает, что он может быть широко распространён. Даже клетки, строящие наши кости, могут использовать похожий метод для получения кальция.